(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウム、ガリウム、亜鉛、及び、酸素を含有するアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏであり、さらに、そのギャップ内準位の面密度が１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１以下である多元系の酸化物半導体を構成要素として少なくとも有する半導体素子を用意する工程と、前記酸化物半導体の吸収端波長より長波長の光を該酸化物半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を減少させる工程と、を備えることを特徴とする半導体素子の処理方法。
【請求項２】
前記半導体は、該半導体の吸収端波長より短波長の光からは遮蔽されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項３】
前記半導体素子は、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、チャネル層、ゲート絶縁膜から少なくともなり、前記半導体は該チャネル層であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項４】
前記酸化物半導体の吸収端波長より長波長の光を該酸化物半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を減少させる工程の後に、前記酸化物半導体の閾値電圧を測定する工程をさらに有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項５】
前記酸化物半導体の吸収端波長より長波長の光を該酸化物半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を減少させる工程の前に、前記酸化物半導体の閾値電圧を測定する工程をさらに有することを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項６】
前記酸化物半導体の吸収端波長より長波長の光を該酸化物半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を減少させる工程の前に、前記酸化物半導体の吸収端波長を測定する工程をさらに有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項７】
前記酸化物半導体の吸収端波長を測定する工程において測定した吸収端波長に基づいて、前記酸化物半導体の吸収端波長より長波長の光を該酸化物半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を減少させる工程における照射光の波長を決定することを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項８】
前記半導体は、バンドギャップが１．５５ｅＶ以上の半導体であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項９】
前記半導体は、バンドギャップが２ｅＶ以上の半導体であることを特徴とする請求項８に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項１０】
前記遮蔽は、光源と半導体の間に配置されたフィルタによってなされることを特徴とする請求項２から９のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項１１】
閾値電圧が変動した前記半導体素子の該閾値電圧の変化方向（プラス又はマイナス）とは逆の方向に、前記光の照射によって該半導体素子の閾値電圧を変化させることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項１２】
前記閾値電圧が変動した前記半導体素子の該閾値電圧の変化量と同じだけ、該半導体素子の閾値電圧を変化させることを特徴とする請求項１１に記載の半導体素子の処理方法。 
【請求項１３】
前記閾値電圧が変動した前記半導体素子の該閾値電圧の変化量に対し、該半導体素子の閾値電圧の大きさを５０倍以上変化させることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項１４】
前記光の照射は、前記半導体素子の閾値電圧の変動が生じている間に行われることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【請求項１５】
前記光の照射は、前記半導体素子の閾値電圧の変動が生じる前、又は生じた後に行われることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか１項に記載の半導体素子の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の処理方法に関する。より詳しくは、光照射を用いた半導体素子の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の高性能化、作製プロセスの低温化、及び低コスト化を目指し、幅広い種類の材料を対象に数々のチャネル層材料が探索・検討されている。例えば、そのようなチャネル層材料としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、マイクロクリスタルシリコン、有機半導体などが挙げられる。
【０００３】
近年では、そのようなチャネル層に用いる有力な材料として、酸化物半導体が盛んに研究されている。例えば、非特許文献１及び非特許文献２には、酸化物半導体であるアモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）薄膜、及びアモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）薄膜をチャネル層に用いたＴＦＴの作製法が開示されている。
ところで、ＴＦＴは、チャネル層の半導体材料や作製法によって、異なる閾値電圧を有する。また、種々の原因（製造工程履歴、経時変化、電気的ストレス、熱的ストレスなど）によりＴＦＴの閾値電圧は変化する。ここで、電気的ストレスとは、半導体への電圧又は電流の印加によって発生する。また、熱的ストレスとは、外部からの半導体周辺の加熱や、半導体の通電によるジュール熱によって発生する。実際のＴＦＴでは、これらが同時に加わる場合がある。
【０００４】
上記の酸化物半導体ＴＦＴについても例外ではなく、非特許文献３及び非特許文献４には、電気的ストレスによる、又は電気的ストレスと熱的ストレスの複合による閾値電圧変化が観測されたことが記載されている。さらに、酸化物半導体ＴＦＴでは、可視光及び紫外光を照射することで閾値電圧が変化することも、非特許文献１及び非特許文献５に開示されている。
【０００５】
また、特許文献１には、多結晶シリコンに関して、ＴＦＴのチャネル層に光が入射する構造とすることで閾値電圧を低減させる方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２０９４６０号公報
【非特許文献１】Ｂａｒｑｕｉｎｈａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔ．Ｓｏｌ．，３５２，１７５６（２００６）．
【非特許文献２】Ｙａｂｕｔａ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，８９，１１２１２３（２００６）．
【非特許文献３】Ｒｉｅｄｌ  ｅｔ  ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．，１，１７５（２００７）．
【非特許文献４】Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＥｌｅｃｔｒｏｎＤｅｖｉｃｅ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ２００６（ＩＥＤＭ’０６），１１−１３，１（２００６）．
【非特許文献５】Ｇｏｒｒｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９１，１９３５０４（２００７）．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のいずれの文献においても、前記様々な原因による閾値電圧変化に対して、それを補償又は抑制する方法や、その閾値電圧変化の影響を相対的に小さくする方法は明らかにされていない。
【０００７】
また、何らかの処理によって閾値電圧変化を補償又は抑制すると同時に、閾値電圧以外の特性（ＴＦＴにおける電荷移動度やサブスレッショルドスイング（Ｓ値）など）を処理前と同等に保持させることが好ましいが、それを可能にする手段も知られていない。例えば、特許文献１では、閾値電圧の低減と同時に移動度の増加が起こることが記載されている。また、非特許文献１及び非特許文献５では、閾値電圧の低減と同時に移動度の減少が起こることが記載されている。それらは、有機発光ダイオードなどの負荷をＴＦＴに接続し、負荷に流す電流をＴＦＴのゲート電圧によって制御する場合に問題となる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、望ましくない閾値電圧変化を補償又は抑制することが可能な半導体の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、少なくとも半導体を構成要素として有する半導体素子の処理方法であって、前記半導体の吸収端波長より長波長の光を該半導体に照射することにより、前記半導体素子の閾値電圧を変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、半導体素子の閾値電圧を変化させ、製造工程履歴、経時変化、電気的ストレス、熱的ストレス等の原因による該閾値電圧変化を補償又は抑制することができる。また、製造工程履歴、経時変化、電気的ストレス、熱的ストレス等の原因による閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができる。また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の半導体の処理方法の実施形態の一例について、図を参照しながら詳細に説明する。
【００１２】
図１に、本発明の処理方法の実施形態を説明するための概略図を示す。半導体１００（半導体層ともいう）と光源２００とは適切な位置で配置され、該光源２００からは光２１０が照射されるが、所望の効果が得られれば、図のような対向配置に限らなくともよい。
【００１３】
半導体１００はいかなる形状でもよい。また、該半導体１００は、電極や絶縁物などのその他の構成材料と組み合わされた半導体素子の一部であってもよい。例えば、ＴＦＴのチャネル層に用いられる半導体膜（半導体薄膜ともいう）などが挙げられる。
【００１４】
光源２００はいかなる形状でもよい。また、光源２００としては熱フィラメント、放電、発光ダイオードといった自発光型のものを適用することができる。また、太陽光や室内照明光などの環境光を適用することも可能である。いずれの光源も、波長、照射強度、照射時間の制御手段を有することが可能である。
【００１５】
図１の構成において、半導体１００に、該半導体の吸収端波長（半導体における自由キャリアのバンド間遷移に基づく光吸収において、最も低いエネルギーの光の波長）よりも長波長の光２１０を照射する。これにより、該半導体を構成要素として用いる半導体素子の閾値電圧のみを変化させることができる。この閾値電圧の変化は、半導体内部又は半導体の近傍にトラップされたキャリア等の固定電荷が光照射によって解放されたためであると考えられる。以上のような半導体への光照射は、半導体素子を形成している最中に行ってもよいし、半導体素子の形成後に行ってもよい。
【００１６】
光照射を行うのが半導体素子を形成している最中である場合、半導体に光を照射するのは製造工程におけるどの工程でもよいが、金属電極のような遮蔽物を半導体上に形成する前に光を照射することが照射面積を大きくする点で好ましい。
【００１７】
光照射を行うのが半導体素子の形成後である場合、閾値電圧が変化させられる前記半導体素子は、半導体に上記の光が到達する構造を備えていればどのような形態をしていてもよい。該半導体素子は、例えば、前記半導体１００をチャネル層に用いて作製した電界効果トランジスタやＴＦＴなどのトランジスタであってもよい。前記半導体１００をチャネル層に用いて作製したＴＦＴの場合、図２に示すように、ゲート電極３１２上に、ゲート絶縁膜３１１、ソース電極３２１、ドレイン電極３２２、チャネル層３３０が形成されてなるＴＦＴなどが挙げられる。図２のＴＦＴの場合、ソース電極３２１とドレイン電極３２２の間の開口部分を通して、半導体であるチャネル層３３０に光２１０を照射することができる。もちろん、適用可能なＴＦＴはこれに限定されはしない。半導体素子がＴＦＴである場合、条件によっては、光照射前後での伝達特性（Ｉｄｓ−Ｖｇｓ特性；Ｉｄｓ：ドレイン−ソース電流、Ｖｇｓ：ゲート−ソース電圧）の変化を、Ｖｇｓ軸に沿った平行移動とほぼみなせるようになすことができる。すなわち、光２１０の照射条件を選ぶことにより、電界効果移動度やＳ値をほぼ変化させないまま、閾値電圧だけを変化させることができる。
【００１８】
また、前記半導体素子は、ショットキー接合素子又はｐ−ｎ接合素子であってもよい。半導体素子の閾値電圧は、例えば所定の順方向電流を流すために必要な印加電圧として定義できる。また、これらの接合素子を用いたバリスタの降伏電圧として定義することもできる。また、ｐ−ｎ接合素子が電流又は電圧印加により発光する素子である場合、発光閾値電圧として定義することもできる。
【００１９】
また、本発明の実施形態は、半導体薄膜に適用することも可能である。すなわち、半導体薄膜に任意の構造を追加して半導体素子を作製した場合の閾値電圧について、光照射やその他の原因による閾値電圧の変化量を考えることが可能である。
【００２０】
光２１０は単色光でなく、複数の離散スペクトル光の混合光であっても、連続スペクトル光であってもよい。
【００２１】
本発明の実施形態においては、光が照射されている間には当然閾値電圧が変化するのであるが、実施例６で後述するように、前述の光照射を止めた後においても、閾値電圧が光照射前と異なる値になっていることがあり、これを利用することもできる。以上のように光を遮断しても閾値電圧が変化することは、例えば、半導体内や半導体近傍にトラップされたキャリアが光励起によって再配置し、光照射前とは異なる平衡状態に達するためであると考えられる。
【００２２】
上記の一連の処理の中で、半導体１００は、その吸収端波長よりも短波長の光からは十分に遮蔽されていることが望ましい。なぜなら、短波長の光が半導体１００に照射されると、閾値電圧以外の特性も大きく変化してしまう、及び、長波長の光と同様に、照射光を遮断した後にも半導体にその影響が残ることがあるからである。半導体１００の吸収端波長よりも短波長の光を照射している間に半導体の種々の特性が変化することは、光によるキャリアのバンド間遷移により、価電子帯・伝導帯のキャリア密度やギャップ内準位の占有状態が大きく変化することが関係していると考えられる。
【００２３】
光源の発光スペクトルが連続スペクトルである場合、光源と組み合わせて適切なスペクトル調整手段を用いることで上記の波長条件を満たすことができる。光源のスペクトル調整方法は、例えば半導体素子と光源との間に吸収型・反射型・散乱型いずれかのフィルタを挿入すればよい。また、半導体素子の一部（ＴＦＴのチャネル保護層など）やそれに付随する部材（プラスチック基板上に作製したＴＦＴにおける基板など）が、半導体に向かう特定の光を吸収・反射・散乱するフィルタの機能を備えていてもよい。なお、光源が単色発光するなどしてはじめから短波長の光を発しない場合には特に光源のスペクトルを調整する必要はないが、半導体自体は上記光源以外からの光（環境光など）のうち短波長の光から遮蔽されていることが求められる。
【００２４】
また、半導体１００に照射する光の波長の上限については本発明の効果を得ることができる限り特に上限はない。しかし、半導体素子が後述するアモルファスＩＧＺＯ−ＴＦＴである場合、光照射によって単位時間あたりに閾値電圧を変化させられる量は長波長の光ほど小さい。そのため、半導体素子に誘起したい閾値電圧変化量に対して、光の照射時間及び強度によって、好ましい波長範囲が存在する。
【００２５】
本発明において上記波長の好ましい範囲は、吸収端の波長以上、６６０ｎｍ以下である。
【００２６】
なお、光照射によって半導体素子に誘起できる閾値電圧変化量は、半導体素子の形態・半導体の欠陥準位密度・半導体素子の動作状況などによっても変化するため、都度測定が求められる。
【００２７】
また、半導体１００は、ギャップ内準位の面密度が１０１３ｃｍ−２ｅＶ−１以下であることが好ましい。ギャップ内準位は半導体における局在準位であり、光照射を受けることによって伝導帯又は価電子帯に自由キャリアを発生させることができるものである。面密度は、ギャップ内準位密度を半導体素子の電気伝導領域（半導体素子がＴＦＴなどの電界効果型トランジスタの場合はゲート絶縁膜−半導体界面）における面密度に換算したものである。ＴＦＴにおけるギャップ内準位の面密度は、例えば後述の実施例１におけるΔＮｔのようにして求めることができる。ギャップ内準位密度がこれよりも大きい半導体では、バンドギャップよりも十分小さな（例えば半分程度の）光子エネルギーの照射によっても、ギャップ内準位から伝導帯（価電子帯）への電子（ホール）の励起過程が無視できなくなる。すなわち、吸収端波長よりも十分長波長の光の照射によっても、上述の短波長の光を照射した状態と同様の影響が生じるため、好ましくない。
【００２８】
さらに、半導体１００のバンドギャップは、１．５５ｅＶ以上であることが好ましい。なぜなら、光源２００が連続スペクトル光を放つ場合、光２１０の波長を半導体１００の吸収端波長に対して前述の各条件を満たすように調整する手段の選択肢が広がるからである。例えば、半導体の自由キャリアのバンド間遷移（吸収端）に対応する光子エネルギーが可視光の領域（波長８００ｎｍ以下）にあれば、有機色素による吸収を利用した一般的なハイカットフィルタ（ローパスフィルタともいう）が利用できる。これを光源２００と半導体１００との間に置けば、半導体の吸収端波長より長波長の光を半導体に照射する一方で、それよりも短波長の光を半導体に事実上照射しない状態が容易に実現できる。
【００２９】
さらに、半導体のバンドギャップは、２ｅＶ以上であることがより好ましい。なぜなら、半導体１００がＴＦＴのチャネル層に用いられる場合、該ＴＦＴがオフ状態のときのチャネルリーク電流は半導体１００のバンドギャップに依存すると考えられるからである。具体的には、次式によってチャネルリーク電流Ｉｏｆｆ（Ａ）を見積もることができる。
【００３０】
Ｉｏｆｆ＝ｑ（ｎｉ（μｅ＋μｈ））・（Ｗ／Ｌ）・ｄ・Ｖｄｓ
【００３１】
ここで、ｑは素電荷である。ｎｉは真性キャリア密度であり、ｎｉ＝√（ＮｃＮｖ）・ｅｘｐ（−Ｅｇ／２ｋＴ）［Ｎｃ：伝導帯端の状態密度、Ｎｖ：価電子帯端の状態密度、Ｅｇ：バンドギャップ、ｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温度］で表される。μｅは電子のドリフト移動度である。μｈはホールのドリフト移動度である。ＷはＴＦＴのチャネル幅である。ＬはＴＦＴのチャネル長である。ｄはチャネル層の厚さ（ｎｍ）である。ＶｄｓはＴＦＴのドレイン−ソース電圧である。
【００３２】
上式により、ＩｏｆｆのＥｇに対する依存性を見積もる。ｄ＝２０ｎｍ、Ｗ／Ｌ＝４とし、Ｅｇ以外の材料定数をすべて単結晶シリコンにおけるものを用いると、Ｅｇが２ｅＶ程度よりも大きければＩｏｆｆを１０−１８Ａ程度以下に抑えることができる。このＴＦＴを通じて保持容量（静電容量１ｐＦ）への電位の書き込み・保持を行う場合、書き込まれた電位のチャネルリーク電流による変動を、１０６ｓ（＝１１．５日）後も１Ｖ以下に抑えることができる。これは、例えば、ＴＦＴを表示装置のバックプレーンに用いる場合、表示内容を数日程度保持できるということであるので好ましい。
【００３３】
上記の条件全てをみたす半導体としては、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎのうち少なくともいずれかを含む半導体がある。よって、本発明の実施形態では、半導体１００として、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｓｎのうち少なくともいずれかを含む半導体を用いることが好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｓ、Ｉｎ−Ｇａ−Ａｌ−Ａｓ、Ｇａ−Ａｓ、Ｚｎ−Ｏ、Ｚｎ−Ｓ、Ｚｎ−Ｓｅなどの構成元素を有する半導体に本発明を適用することが可能であると考えられる。
【００３４】
さらには、半導体１００の少なくとも一部は、非晶質であることが好ましい。なぜなら、非晶質を含む半導体は、多結晶半導体よりもエッチング等の加工性や電気特性の近距離均一性に優れるからである。
【００３５】
上記の条件をすべて満たす半導体としては、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、アモルファスＺｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＺＴＯ）などがある。よって、本発明の実施形態では、半導体１００として、アモルファスＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＧＺＯ）、アモルファスＩｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、アモルファスＺｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＺＴＯ）などの半導体を用いることがより好ましい。
【００３６】
半導体１００に照射する、該半導体１００の吸収端波長よりも長波長の光は、その強度、照射時間又は波長を調節されることが好ましい。これらを調節することにより、閾値電圧変化を所望の量だけ誘起することができる。
【００３７】
上記光の強度・照射時間・波長の調節は、適当なスペクトル調整手段・光強度調整手段・光断続制御手段を備えた任意の照明系によって達成できる。光源としてはキセノンランプ・白熱灯・発光ダイオードなどが利用できる。スペクトル調整手段としては、光源の発光スペクトルに応じて、回折格子分光器やハイパスフィルタ・ローパスフィルタ・バンドパスフィルタなどから適宜選択・利用することができる。光強度調整手段としてはＮＤフィルタや拡散板などが利用できるが、光源自体の発光強度を調節してもよい。光断続制御手段としては電磁シャッタなどによる光の照射／切断が利用できるが、光源自体の点灯／非点灯を調節してもよい。これらを備えた照明系として、例えば、実施例１に示すような分光照射光源を利用して本発明が実施できる。
【００３８】
光照射によって発生する閾値電圧の変化方向（プラス又はマイナス）は半導体素子に依存する。例えばｎチャネルＴＦＴであるアモルファスＩＧＺＯ−ＴＦＴの場合、アモルファスＩＧＺＯの吸収端波長よりも長波長の光を照射することにより、閾値電圧は減少（マイナス方向に変化）する。
【００３９】
光照射によって発生する閾値電圧の変化方向は、本発明を実施する上で特に限定されないが、製造工程履歴・経時変化・電気的ストレス・熱的ストレス等によって生じる、問題となる閾値電圧変化と逆の方向であることが好ましい。例えば、アモルファスＩＧＺＯ−ＴＦＴの場合、電気的ストレスとして正のゲート−ソース電圧を印加すると閾値電圧が増加（プラス方向に変化）し、上記光照射による閾値電圧変化と逆符号の変化となる。
【００４０】
閾値電圧を逆の方向に変化させる場合、光照射の前記条件を調節することで、前記問題となる閾値電圧変化に対して、光２１０による閾値電圧変化がちょうど等しくなるように補償することが好ましい。これにより、前記問題となる閾値電圧変化に影響されずに半導体を使用することが可能となる。
【００４１】
また、閾値電圧を逆の方向に変化させるとき、前記問題となる閾値電圧変化に対して光による閾値電圧変化が小さい場合、すなわち完全に補償することができない場合でも効果はある。例えば、前記問題となる閾値電圧変化が光照射によって完全には補償できなくても、前記問題となる閾値電圧変化を抑制するので、半導体の寿命を延ばす効果が期待できる。一例として、半導体１００としてアモルファスＩＧＺＯをチャネル層とするＴＦＴを外部回路によって駆動し、スイッチング素子として利用する場合を示す。前記問題となる半導体の閾値電圧変化（増加）が進行して外部回路の駆動電圧範囲を越えると、そのＴＦＴはスイッチング動作をしなくなり寿命を迎える。このような場合に、半導体１００に先述のように光を照射することにより、前記問題となる閾値電圧変化（増加）が光照射によって完全には補償できなくても、ＴＦＴの寿命をある程度延ばすことができる。
【００４２】
また、前記問題となる閾値電圧変化の大きさよりも大きい閾値電圧変化を、光照射によって発生させることもできる。このとき、光２１０による閾値電圧変化は前記問題となる閾値電圧変化に対して大きければ大きいほど、問題となる閾値電圧変化の影響が相対的に軽減できる。具体的には、光照射によって前記問題となる半導体素子の閾値電圧の大きさを５０倍以上変化させることがより望ましい。なお、光２１０による閾値電圧変化が前記問題となる閾値電圧変化に対して十分大きい場合、後者の閾値電圧の変化方向（プラス又はマイナス）に対して前者の閾値電圧の変化方向が必ずしも逆である必要がない。
【００４３】
光源２００による光２１０の照射は、前記問題となる閾値電圧変化が生じている期間に行われることが好ましい。例えば、前記問題となる閾値電圧変化と光２０１による閾値電圧変化が互いに逆方向であり、かつ両者の閾値電圧変化速度が同程度の場合、両者を同時に進行させることで閾値電圧を迅速に調節することができる。
【００４４】
一方、前記問題となる閾値電圧変化が生じる期間の前又は後に光照射を行うことも好ましい。例えば、前記問題となる閾値電圧変化と光２１０による閾値電圧変化が互いに逆方向であり、かつ後者が前者よりもはるかに急速に進行する場合を考える。この場合、前記問題となる閾値電圧変化がゆっくりと進行する長い期間の前後で、光２１０の照射を短時間で間欠的に行うほうが半導体をより安定に使用することが可能となる。
【００４５】
また、前記問題となる閾値電圧変化が繰り返し起こるものであれば、必要に応じて光照射を繰り返してもよい。例えば、前記問題となる閾値電圧変化の発生と交互に光照射を繰り返して行ってもよい。
【実施例】
【００４６】
これより、本発明の実施例を説明するが、本発明は以下の例に限定されはしない。
【００４７】
（実施例１）
本実施例では、まずＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、光照射の影響について検討した。
【００４８】
〔アモルファスＩＧＺＯ膜の作製〕
最初に、半導体薄膜であるアモルファスＩＧＺＯ膜を製造し、その物性を評価した。
【００４９】
まず、被成膜基板としてはガラス基板（コーニング社製１７３７）を脱脂洗浄したものを用意した。ターゲット材料としては、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）組成を有する多結晶焼結体（サイズ直径９８ｍｍ、厚さ５ｍｍ、電気伝導度０．２５Ｓ・ｃｍ−１）を用いた。酸素が５体積％含まれる酸素−アルゴン混合気体により成膜中の堆積室内の全圧を０．５Ｐａとした。また、ターゲットと被成膜基板間の距離は７５ｍｍであった。投入電力をＲＦ２００Ｗ、成膜レートを１．２Åｓ−１として成膜を行った。基板温度は特に制御しなかった。
【００５０】
基板上に６０ｎｍ積層した膜を肉眼で観察したところ透明であった。また、６０ｎｍ積層した膜に対し、測定対象面に対して入射角０．５度でＸ線を入射させＸ線回折測定を薄膜法にて行った。明瞭な回折ピークは認められなかったことから、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜はアモルファスであると判断された。蛍光Ｘ線（ＸＲＦ）分析の結果、薄膜の金属組成比はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０．９：０．６であった。また、チタンと金の積層蒸着膜を用いたコプラナー型電極パターンによる電流−電圧測定を行い、同薄膜の電気伝導度を測定したところ、約１×１０−６（Ｓ・ｃｍ−１）であった。電子移動度を約５（ｃｍ２・Ｖ−１・ｓ−１）と仮定すると、電子キャリア濃度は約１０１２（ｃｍ−３）と推定される。
【００５１】
以上のことから、作製したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系薄膜は、ＩｎとＧａとＺｎを含み、かつ少なくとも一部が非晶質の酸化物半導体アモルファスＩＧＺＯであることを確認した。
【００５２】
〔ＴＦＴの作製〕
次に、ＴＦＴを以下の手順で作製した。図２に、該ＴＦＴの断面図を示す。
【００５３】
まず、シリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋−シリコンウェハ（縦２０×横２０×厚さ０．５２５ｍｍ）を洗浄し基板とした。この基板上に、上述と同様にして、半導体であるアモルファスＩＧＺＯをＲＦマグネトロンスパッタにより成膜した（成膜ガスＯ２（５体積％）＋Ａｒ、成膜圧力０．５Ｐａ、投入電力２００Ｗ、膜厚２０ｎｍ）。スパッタ成膜中には基板温度は特に制御しなかった。続いて、エッチングによりアモルファスＩＧＺＯを所定のサイズにパターニングしチャネル層とした。続いて、全体を大気雰囲気中にて３００℃で２０分間加熱した。この上にフォトレジスト膜を形成・パターニング後、電子ビーム蒸着法でチタンと金を合計１００ｎｍ成膜し、レジスト膜をリフトオフすることによってソース電極・ドレイン電極を形成した。
【００５４】
以上の手順により、基板の導電部をゲート電極３１２、熱酸化膜をゲート絶縁膜３１１、アモルファスＩＧＺＯをチャネル層３３０とし、ソース電極３２１及びドレイン電極３２２を備えたＴＦＴ３００を得た。チャネル幅Ｗ＝８０μｍ、チャネル長Ｌ＝１０μｍであった。このＴＦＴにおいてドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性（Ｉｄｓ−Ｖｇｓ特性；Ｉｄｓ＝ドレイン−ソース間電流、Ｖｇｓ＝ゲート−ソース間電圧）を測定したところ明らかなｎチャネル特性を示した。√Ｉｄｓ−Ｖｇｓ特性の線形近似によって求めた閾値電圧（Ｖｔｈ）と飽和移動度（μｓａｔ）は、それぞれＶｔｈ＝４．８Ｖ、μｓａｔ＝１２．９ｃｍ２・Ｖ−１・ｓ−１であった。Ｓ値は０．６Ｖ・ｄｅｃ−１であった。
【００５５】
このＴＦＴにおいてソース電極３２１及びドレイン電極３２２はチャネル長Ｌだけ離れている。したがって、図２における上方より光を照射することにより、半導体であるチャネル層３３０に光が到達する。
【００５６】
〔ＴＦＴへの光照射の影響の検討〕
次に、このＴＦＴに対して本発明の実施形態にしたがう方法により光照射を行い、その影響を検討した。光照射には、キセノンランプからの光を回折格子分光器に導き単色化した光をＴＦＴに照射する照明系（分光照射光源）を用いた。分光器の光学的スリット幅は２４ｎｍであった。照射強度は各波長において０．２ｍＷ・ｃｍ−２となるように、光路に挿入した可変濃度ニュートラルデンシティ（ＮＤ）フィルタの濃度を調整した。同じく光路には電磁シャッタが挿入され、これによって任意の期間で光照射／非照射の制御を行うことが可能であった。
【００５７】
まず、ＴＦＴに波長６００ｎｍの単色光を１００秒間照射後、そのまま光を照射しながらＶｄｓ＝＋０．５Ｖとして伝達特性を測定した。次に、波長５９０ｎｍの単色光を同様に１００秒間照射後、光を照射しながら同様に伝達特性を測定した。以下同様に波長３００ｎｍまで１０ｎｍごとに波長を走査しながら測定を行った。その結果を図３に示す。見易さのために、照射光波長６００ｎｍ、５５０ｎｍ、５００ｎｍ・・・のように５０ｎｍごとの伝達曲線のみ示した。伝達曲線は照射光の短波長化に対して単調にＶｇｓの負方向に移動した。さらに、短波長側では曲線形状が変化した。
【００５８】
次に、伝達曲線の移動と曲線形状の変化についてさらに詳細に検討した。立ち上がり電圧（Ｖｏｎ；Ｉｄｓが１０−１０Ａを越えるＶｇｓ）は、Ｖｔｈと同種のＴＦＴの特性指標と考えることができる。ＶｏｎとＳ値（Ｖｏｎ近傍でのＬｏｇ（Ｉｄｓ）−Ｖｇｓ曲線の傾きの逆数）を各波長において求め波長に対してプロットし、図４及び図５を得た。Ｖｏｎ、Ｓ値とも照射光波長３６０ｎｍ程度を境に急激に変化したことがわかる。照射光波長３６０ｎｍ以上では、Ｓ値の変化は測定誤差程度以下である。実際、照射光波長３６０ｎｍまでは伝達曲線の形状はほとんど変化しておらず、暗状態で測定された伝達特性を平行移動させたものとみなせることがわかった。一方、３６０ｎｍを境にＳ値が急増した。これは、３６０ｎｍよりも短波長側で伝達曲線の波形が変化することを示している。
【００５９】
また、３６０ｎｍよりも長波長側での伝達曲線の平行移動は、半導体又は近傍に分布するギャップ内準位にトラップされた負の固定電荷が解放されたとして説明できる。一方、３６０ｎｍよりも短波長で見られた伝達特性変化の機構は明らかでない。おそらく光による自由キャリアのバンド間遷移により、価電子帯や伝導帯のキャリア密度及びギャップ内準位の占有状態が大きく変化したことが関係していると推察される。
【００６０】
〔ギャップ内準位密度の見積〕
以下、伝達特性の平行移動に関係するギャップ内準位の面密度ΔＮｔ（ｃｍ−２・ｅＶ−１）を見積もる。
【００６１】
図４より、照射光波長λを短波長側に１０ｎｍ移動したときのＶｏｎの変化量ΔＶｏｎをλ（３６０ｎｍ≦λ≦６００ｎｍ）の関数として求める。λを１０ｎｍずつ変化させるたびに、それ以下の光子エネルギーによる励起では解放されることのなかった固定電荷が新たに解放され、Ｖｏｎが変化したと考えられる。新たに放出された固定電荷の面密度ΔＮｆ（ｃｍ−２）は、ΔＶｏｎ・ゲート絶縁膜容量Ｃｉ（Ｆ・ｃｍ−２）・素電荷ｑ（Ｃ）を用いて以下のように表される。
【００６２】
ΔＮｆ＝Ｃｉ・｜ΔＶｏｎ｜／ｑ
【００６３】
λ掃引ステップごとの照射光子エネルギーの増分Δ（ｈν）に関する補正を考慮すると、固定電荷放出に関与した局在準位の面密度ΔＮｔ（ｃｍ−２・ｅＶ−１）は次のように表される。
【００６４】
ΔＮｔ＝ΔＮｆ／Δ（ｈν）＝ΔＮｆ／Δ（ｈｃ／λ）
【００６５】
ここで、ｈはプランク定数、ｃは真空中の光速である（λの変化による照射光子数変化は無視したが、それによる誤差はλ掃引範囲の両端で高々２倍程度しかない）。
【００６６】
ΔＮｔを照射光子エネルギーに対してプロットしたものを図６に示す。これは、半導体における伝導帯上端のエネルギーＥＣを基準にした状態密度を表すと考えられる。
【００６７】
以上の解析により、このアモルファスＩＧＺＯにおけるエネルギーＥ＝ＥＣ−２（ｅＶ）からＥＣ−３．４（ｅＶ）までのΔＮｔ（Ｅ）はおおむね１０１３ｃｍ−２・ｅＶ−１以下であると見積もられる。
【００６８】
なお、上記のギャップ内準位が存在する部位を特定することはまだできないが、ギャップ内準位が半導体バルク中に分布している場合、ギャップ内準位は体積密度ΔＮｔ’（ｃｍ−３・ｅＶ−１）で評価する方が好ましい。それは半導体膜厚をｄ（ｃｍ）として以下のように見積もられる。
【００６９】
ΔＮｔ’＝ΔＮｔ／ｄ
【００７０】
すなわち、膜厚１０ｎｍの半導体膜についてはΔＮｔ＝１０１３（ｃｍ−２・ｅＶ−１）はΔＮｔ’＝１０１９（ｃｍ−３・ｅＶ−１）に相当する。
【００７１】
（実施例２）
本実施例では、まずＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。
【００７２】
まず、シリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋−シリコンウェハ基板上に、アモルファスＩＧＺＯ半導体を実施例１と同様の条件で２０ｎｍ成膜し、このアモルファスＩＧＺＯ半導体の吸収端波長を以下のようにして見積もった。紫外可視分光エリプソメトリにより、反射ｐ、ｓ偏光の位相差及び振幅比を求めた。さらに、基礎（バンド端間）吸収・すそ（サブバンド）吸収としてそれぞれタウク＝ローレンツ型吸収・ガウシアン型吸収を仮定し、クラマース＝クローニヒの関係を満たすように消光係数及び屈折率のフィッティング解析を行った。その結果、基礎吸収の吸収端すなわちこの物質の光学的バンドギャップととして３．５ｅＶ（＝３５４ｎｍ）の値が得られた。
【００７３】
次に、前記アモルファスＩＧＺＯ半導体をチャネル層とするＴＦＴを次の手順で作製した。まず、シリコン熱酸化膜（膜厚１００ｎｍ）付きｎ＋−シリコンウェハ基板上に、半導体となるアモルファスＩＧＺＯを上記条件で成膜し、エッチングにより所定のサイズにパターニングした。続いて、全体を大気雰囲気中にて３００℃で２０分間加熱した。それから、電子ビーム蒸着法でチタンと金を合計１００ｎｍ成膜し、リフトオフによってパターニングされたソース電極・ドレイン電極を形成した。
【００７４】
以上のようにして作製されたＴＦＴについて、暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した結果を図７の実線（１−１）で示す。さらに、これから求められたＴＦＴ特性（Ｖｔｈ、μｓａｔ、Ｓ値）を図８の（１−１）に示す。
【００７５】
さらに、半導体の吸収端波長（３５４ｎｍ）より長い波長、すなわち波長４００ｎｍの単色光を０．２ｍＷ・ｃｍ−２の強度で照射しながら同様の測定と解析を行った。伝達特性を図７の破線（１−２）で、ＴＦＴ特性を図８の（１−２）にそれぞれ示す。
【００７６】
光照射処理を行ったＴＦＴの特性は、光処理を行わなかった（暗所の）ＴＦＴの特性と比べてＶｔｈが大きく減少した一方、移動度の変化率は６％程度で、Ｓ値の変化率は測定系の検出感度以下であった。また、伝達特性の変化はＶｇｓの負方向への平行移動とみなすことができた。このように、本実施例では、半導体素子の閾値電圧を適切に変化させることができた。一方、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【００７７】
（実施例３）
本実施例では、まず実施例２と同様のＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。その際、光照射における光の波長を半導体の吸収端波長よりも長波長とした。
【００７８】
実施例２と同様のＴＦＴにおいて、該ＴＦＴの半導体の吸収端波長（３５４ｎｍ）より長い波長、すなわち波長５００ｎｍの単色光を０．２ｍＷ・ｃｍ−２の強度で光照射しながら伝達特性を測定した結果を図７の点線（１−３）で示す。また、ＴＦＴ特性を図８の（１−３）に示す。
【００７９】
光照射処理を行ったＴＦＴの特性は、実施例２における暗所のＴＦＴの特性と比べて、実施例１と同様にＶｔｈのみが減少し、移動度・Ｓ値はほとんど変化しなかった。一方、Ｖｔｈの減少量は、実施例２の波長４００ｎｍの場合と比べて小さかった。このように、本実施例では、半導体素子の閾値電圧を適切に変化させることができた。一方、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【００８０】
（比較例１）
本比較例では、まず実施例２と同様のＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。その際、光照射における光の波長を半導体の吸収端波長よりも短波長とした。
【００８１】
実施例２と同様のＴＦＴにおいて、該ＴＦＴの半導体の吸収端波長（３５４ｎｍ）より短い波長、すなわち波長３２０ｎｍの単色光を０．２ｍＷ・ｃｍ−２の強度で照射しながら伝達特性を測定した。その結果を図７の一点鎖線（１−４）で示す。また、ＴＦＴ特性を図８の（１−４）に示す。
【００８２】
実施例１の暗所におけるＴＦＴの特性と比べて、Ｖｔｈ・移動度・Ｓ値のいずれも大きく変化してしまった。つまり、半導体の吸収端波長より短波長の光では、好ましくないことに、閾値電圧だけでなく他の特性も大きく変化してしまった。
【００８３】
（実施例４）
本実施例は、製造工程履歴における閾値電圧変化について検討したものであり、まず下記の２種類のＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。
【００８４】
（ＴＦＴ−Ａ）実施例２と同一の工程で作製した。
（ＴＦＴ−Ｂ）実施例２と同一の工程で作製した後、洗浄工程の１つとして薬液によるリンスを行った。
【００８５】
それぞれのＴＦＴについて、暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した。また、ＴＦＴ−Ｂについては、該ＴＦＴ−Ｂの半導体の吸収端波長（３５４ｎｍ）より長い波長、すなわち波長５００ｎｍの単色光を０．２ｍＷ・ｃｍ−２の強度で照射しながら同様の測定を行った。以上の測定によって求められたＴＦＴ特性を図９に示す。そこにおいて、（２−２）で示されているＴＦＴ−Ｂは、リンスによって閾値電圧が大きく上昇していることがわかる。
【００８６】
図９より明らかなように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、製造工程履歴による閾値電圧変化を生じる半導体素子において、閾値電圧変化を抑制することができた。また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【００８７】
この実施例において問題となった閾値電圧変化の原因はリンス行程であったと考えられるが、その他の原因による閾値電圧変化に対しても本発明は有効であると考えられる。具体的には、静電気による閾値電圧変動や、任意の加熱行程での加熱むらなどによる閾値電圧変動に対しても有効であると考えられる。
【００８８】
（実施例５）
本実施例では、まず実施例２と同様のＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。その際、ＴＦＴの作製直後と、半年後とで伝達特性を測定した。
【００８９】
まず、ＴＦＴ作製直後に暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した。それから、このＴＦＴについて、作製の半年後に再び暗所で伝達特性を測定し、さらに該ＴＦＴの半導体の吸収端波長（３５４ｎｍ）より長い波長、すなわち波長５００ｎｍの単色光を０．２ｍＷ・ｃｍ−２の強度で照射しながら同様に伝達特性を測定した。以上の測定によって求めたＴＦＴ特性を図１０に示す。
図１０より明らかなように、光照射前と比べて光照射後はＶｔｈが大きく減少し、作製直後の値近くまで回復した。一方、移動度の変化率は初期値の６％程度であり、Ｓ値の変化率は測定系の測定誤差程度以下であった。また、伝達特性の変化はＶｇｓの負方向への平行移動とみなすことができた。
【００９０】
以上のように、本実施例では、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、経時変化による閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【００９１】
（実施例６）
本実施例では、まず実施例２と同様のＴＦＴを作製し、本発明の実施形態にしたがう処理方法を該ＴＦＴに適用し、評価した。その際、電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じている期間に光照射を行った。
【００９２】
まず、実施例１と同様のＴＦＴを４試料作製し（４−１〜４−４）、それぞれについて、Ｖｄｓ＝＋２０Ｖにて暗所で伝達特性を測定した。次に、それぞれのＴＦＴに電気的ストレスとしてＶｄｓ＝＋０．１Ｖ、Ｖｇｓ＝＋２０Ｖの電圧を１８００秒間印加した。その間、それぞれのＴＦＴによって異なる下記各条件で単色光を１８００秒間照射した。
【００９３】
（４−１）光照射なし
（４−２）４００ｎｍ、  ０．０２ｍＷ／ｃｍ２
（４−３）４００ｎｍ、  ０．２ｍＷ／ｃｍ２
（４−４）６００ｎｍ、  ０．２ｍＷ／ｃｍ２
【００９４】
光の波長は回折格子分光器により制御した。また、光強度及び照射時間は、光路に挿入したＮＤフィルタ及び電磁シャッタによってそれぞれ調節した。
【００９５】
その後光照射を止め、再びそれぞれのＴＦＴについてＶｄｓ＝＋２０Ｖにて暗所で伝達特性を測定した。
【００９６】
電気的ストレス印加前後において測定した各伝達特性から、Ｖｔｈ、Ｖｏｎ、μｓａｔ、Ｓ値を求めた。このうち、ストレスによるＶｔｈ、Ｖｏｎの各変化ΔＶｔｈ（Ｖ）、ΔＶｏｎ（Ｖ）を図１１に示した。また、いずれの場合においても、電気的ストレス印加前後におけるμｓａｔとＳ値の変化は初期値に対してそれぞれ２％未満、６％未満であった。
【００９７】
以上の結果より明らかなように、本実施例では、光照射を行った後に半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、（４−２）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において，該閾値電圧変化を補償することができた。また、（４−３）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。また、（４−４）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。これと（４−３）とを考え合わせると、照射光強度を保ったまま波長を適切に選ぶことでさらに精密な補償ができると考えられる。
【００９８】
また、以上のすべての例において、半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【００９９】
なお上記の結果から、このＴＦＴにおいて光照射強度０．２ｍＷ・ｃｍ−２、光照射時間１８００秒の条件で光を照射する場合、６６０ｎｍ以上の波長の光を用いると効果が小さくなることが予想される。なぜならば、上記のΔＶｔｈ・ΔＶｏｎを波長に対してプロットし、長波長側に外挿すると、照射光の波長６６０ｎｍにおいてΔＶｔｈ・ΔＶｏｎは光照射のない場合（４−１）と等しくなるからである。
【０１００】
（比較例２）
本比較例では、まず実施例６と同様のＴＦＴを作製し、同様に実験を行った。ただし、光照射条件を、吸収端波長（３５４ｎｍ）より短い波長である３２０ｎｍ：０．２ｍＷ・ｃｍ−２とした。
【０１０１】
以上のようにして実験したところ、閾値電圧の変化は実施例６に示したものよりはるかに大きかった（ΔＶｔｈ＝−１４．７Ｖ、ΔＶｏｎ＝−１８．０Ｖ）が、μｓａｔとＳ値は、好ましくないことに、初期値に対してそれぞれ２４％、５１％増加していた。
【０１０２】
（実施例７）
本実施例では、以下のように、アモルファスＩＧＺＯへの光照射時間を調節することにより半導体素子の閾値電圧変化の大きさを調節した。
【０１０３】
実施例６において測定された、電気的ストレス印加中のＩｄｓの時間変化ΔＩｄｓを図１２に示す。ΔＩｄｓは光照射（又は電圧印加）開始時（時刻ｔ＝０）の電流Ｉｄｓに対する増減である。
【０１０４】
これより各ＴＦＴにおける任意の時刻の閾値電圧を求めることができる。光照射によって電界効果移動度が一定のままＶｔｈのみが変化するので、Ｉｄｓの変化はすべてＶｔｈの変化によるものである。よって、次式を通じて任意の時刻のＶｔｈを求めることができる。
【０１０５】
Ｉｄｓ＝（Ｗ／Ｌ）・μｌｉｎ・Ｃｉ・（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）・Ｖｄｓ
【０１０６】
ここでＷはチャネル幅、Ｌはチャネル長、μｌｉｎは線形移動度、Ｃｉはゲート絶縁膜容量（Ｆ・ｃｍ−２）である。
【０１０７】
μｌｉｎがμｓａｔに等しいとしてｔ＝０からのＶｔｈの変化量ΔＶｔｈを求めた結果を図１３に示す。例えば、Ｉｄｓが徐々に増加する条件（４−３）では、Ｖｔｈは時間とともに減少している。
【０１０８】
このように、光照射時間を調節することで、半導体素子の閾値電圧の大きさを変化させることができた。また、（４−２）及び（４−４）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。また、（４−３）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。
【０１０９】
また、以上のすべての例において、半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。  
【０１１０】
（実施例８）
本実施例では、以下のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じる期間の後に光照射を行うことにより、閾値電圧を変化させた。
【０１１１】
実施例２と同様のＴＦＴ１試料について、以下の手順で連続して伝達特性（５−１）〜（５−４）を測定した。
【０１１２】
イ）暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性（５−１）を測定した。
ロ）暗所で電気的ストレスとしてＶｄｓ＝＋２０Ｖ、Ｖｇｓ＝＋２０Ｖの電圧を３６００秒間印加した。
ハ）暗所で同様に伝達特性（５−２）を測定した。
ニ）（４００ｎｍ、０．０２ｍＷ・ｃｍ−２、１００ｓ）の条件で単色光を照射した。
ホ）暗所で伝達特性（５−３）を測定した。
ヘ）（４００ｎｍ、０．２ｍＷ・ｃｍ−２、１００ｓ）の条件で単色光を照射した。
ト）暗所で伝達特性（５−４）を測定した。
【０１１３】
光強度及び照射時間は、光路に挿入したＮＤフィルタ及び電磁シャッタによって調節した。
【０１１４】
それぞれの伝達特性から求めた（Ｖｔｈ、Ｖｏｎ、μｓａｔ、Ｓ値）を図１４に示す。Ｖｔｈ、Ｖｏｎとも電気的ストレスにより増加したが、光照射によりこれを減少させることができた。その間、移動度とＳ値の各変化はそれぞれ２％未満、４％未満と好ましい数値であった。
【０１１５】
以上のように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、（５−１）〜（５−３）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。また、（５−１）〜（５−４）のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。また、上記の間の条件を適切に選ぶことにより、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を補償することも可能である。
【０１１６】
また、以上のすべての例において、半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【０１１７】
（実施例９）
本実施例では、以下のように、電気的ストレスによる閾値電圧変化が生じる期間の前に光照射を行うことにより、閾値電圧を変化させた。
【０１１８】
実施例２と同様のＴＦＴについて、暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した。次に、図１５の（６−２）に示す波長と強度で２０００秒間単色光を照射した後、同様に暗所で伝達特性を測定した。その後、暗所で電気的ストレスとして図１５の（６−３）に示す条件で電圧Ｖｄｓ、Ｖｇｓを印加した後に、再び暗所で伝達特性を測定した。これらの測定によって求められたＴＦＴ特性を図１５中に示す。
【０１１９】
図１５より明らかなように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。
【０１２０】
また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【０１２１】
（実施例１０）
本実施例では、以下のように、熱的ストレスによって閾値電圧変化が生じたＴＦＴに光照射を行った。
【０１２２】
実施例２と同様のＴＦＴについて、暗所でＶｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性を測定した。次に、このＴＦＴ全体を大気中で２００℃に加熱し１５分保持した後に、再び暗所で伝達特性を測定した。さらに、このＴＦＴに図１６の（７−３）に示す波長と強度で単色光を照射した後、同様に暗所で伝達特性を測定した。これらの測定によって求められたＴＦＴ特性を図１６中に示す。
【０１２３】
図１６より明らかなように、半導体素子の閾値電圧を変化させることができた。また、熱的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化を抑制することができた。
【０１２４】
また、該半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【０１２５】
（実施例１１）
本実施例では、実施例２と同様に２つのＴＦＴを作製し、これら２つのＴＦＴ特性が等しいことを確認した。この片方について、Ｖｄｓ＝＋２０Ｖにて伝達特性（８−１ａ）を測定した。この伝達特性より求めたＶｔｈ、及びＯＮ電流Ｉｏｎ（Ｖｄｓ＝＋２０Ｖ・Ｖｇｓ＝＋１０Ｖ印加時におけるＩｄｓ）を図１７の（８−１ａ）に示す。一方、もう片方のＴＦＴには電気的ストレスとしてＶｄｓ＝＋０．１Ｖ、Ｖｇｓ＝＋２０Ｖを１００秒間印加した後に、同様に伝達特性（８−１ｂ）を測定し、Ｖｔｈ及びＩｏｎを求めた。これらを図１７の（８−１ｂ）に示す。さらに、それぞれのＴＦＴについて波長４００ｎｍ・強度０．２ｍＷ・ｃｍ−２の光を照射しながら同様の伝達特性（８−２ａ）及び（８−２ｂ）を測定し、それらから得たＶｔｈ及びＩｏｎを図１７の（８−２ａ）及び（８−２ｂ）に示す。なお、光照射前後（（８−１ａ）（８−２ａ）間、及び（８−１ｂ）（８−２ｂ）間）での飽和移動度μｓａｔやＳ値の変化は全て５％未満であった。
【０１２６】
図１７より明らかなように、電気的ストレスによるＴＦＴの閾値電圧変化量に対し、その５０倍の大きさの閾値電圧変化を光照射により誘起することができた。このとき、Ｉｏｎの変化率：ΔＩｏｎ／Ｉｏｎ（（８−２ａ）（８−２ｂ）の間のＩｏｎの差（ΔＩｏｎ）のＩｏｎに対する比）は、（８−１ａ）（８−１ｂ）の間で同様に定義できるΔＩｏｎ／Ｉｏｎの半分であった。
【０１２７】
このように、電気的ストレスによるＩｏｎの変化率を、光照射によりもとの値の半分に減じることができた。
【０１２８】
すなわち、電気的ストレスによる閾値電圧変化を生じる該半導体素子において、該閾値電圧変化の影響を相対的に小さくすることができた。
【０１２９】
また、半導体素子の閾値電圧以外の特性（電荷移動度やＳ値など）は処理前と同等に保つことができた。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明における処理法は、さまざまな半導体に適用することが可能であり、それらの半導体を利用したさまざまな半導体素子の閾値電圧を変化させることができる。また、それらの半導体素子を利用した半導体装置に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の半導体素子の処理方法の実施形態を説明する概略図である。
【図２】ＴＦＴの略断面図である。
【図３】ＴＦＴの伝達特性への光照射の影響を説明する図である。
【図４】ＴＦＴの伝達特性における立ち上がり電圧の照射光波長依存性を説明する図である。
【図５】ＴＦＴの伝達特性におけるＳ値の照射光波長依存性を説明する図である。
【図６】ＴＦＴにおいて固定電荷放出に関与した局在準位の面密度の照射光波長依存性を説明する図である。
【図７】ＴＦＴの伝達特性を測定した結果を示す図である。
【図８】各条件におけるＴＦＴの特性を示す図である。
【図９】各条件におけるＴＦＴの特性を示す図である。
【図１０】各条件におけるＴＦＴの特性を示す図である。
【図１１】電気的ストレスによるＶｔｈ、Ｖｏｎの変化を示す図である。
【図１２】電気的ストレス印加中のＩｄｓの時間変化を示す図である。
【図１３】Ｖｔｈの時間変化を示す図である。
【図１４】各条件で測定された伝達特性から求められたＶｔｈ、Ｖｏｎ、μｓａｔ、Ｓ値を示す図である。
【図１５】各条件におけるＴＦＴの特性を示す図である。
【図１６】各条件におけるＴＦＴの特性を示す図である。
【図１７】各条件で測定された伝達特性から求められたＶｔｈ、Ｉｏｎ、ΔＩｏｎ／Ｉｏｎを示す図である。
【符号の説明】
【０１３２】
１００  半導体
２００  光源
２１０  光
３００  ＴＦＴ
３１１  ゲート絶縁膜
３１２  ゲート電極
３２１  ソース電極
３２２  ドレイン電極
３３０  チャネル層
【図１７】
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【図１】
0005305696.tif 000003
【図２】
0005305696.tif 000004
【図３】
0005305696.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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